液化天然气再气化和液态空气储能的耦合系统的制作方法

本发明属于大规模储能，尤其涉及一种液化天然气再气化和液态空气储能的耦合系统。

背景技术：

1、液态空气储能(laes，liquidair energy storage)，作为储能技术中的一种，其原理是利用价格低廉的谷电，吸收环境中的空气，然后将其冷却直至其成为液体进行存储，而在用电高峰时再从罐中释放液态空气并升压升温，然后进入膨胀机做功发电，实现谷电峰用，可以在电网调峰中起到重要作用，但其在充电和放电的过程中都会存在冷能的损失，而为了补充其损失的冷能，通常需要消耗额外的电能对冷能进行补充，成本较高。

2、近年来，天然气作为清洁能源在能源消耗中的比重稳步上升，尤其是随着天然气液化技术的改善及lng(liquefied natural gas)运输成本的降低，lng得到了广泛的应用与关注。在lng的接收终端常涉及lng的再汽化(rg，re-gasification)工艺；lng复温变为天然气的过程中会释放大量冷能，因此laes系统与lng-rg系统的耦合运用具有极大的实际应用意义与前景。

3、目前，国内外已有学者和厂商针对laes系统与lng-rg系统提出了多个耦合模型，但是并未考虑lng-rg系统和laes系统在各自多种工况下的耦合连续运行，因此耦合系统不完善，系统间的冷能和热能的有效耦合利用率较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种lng-rg和laes的耦合系统,以解决现有技术中laes系统与lng-rg系统的耦合系统不完善，系统间的冷能和热能的有效耦合利用率较低的问题。

2、在一些说明性实施例中，所述lng-rg和laes的耦合系统，包括lng-rg系统和laes系统，lng-rg系统包括：天然气换热器，液化天然气再气化路径贯穿所述天然气换热器，laes系统包括：蓄冷罐，主气液化路径和液化主气再气化路径贯穿所述蓄冷罐，其中，在所述蓄冷罐内，所述主气液化路径和所述液化主气再气化路径为同一路径但是空气流向相反，所述蓄冷罐通过其内的蓄冷介质分别与所述主气液化路径和液化主气再气化路径进行冷能交换；其中，所述天然气换热器和所述蓄冷罐之间，热端分别相连，冷端分别相连，构成以换热介质进行冷能交换的换热循环。

3、在一些可选地实施例中，在lng-rg系统运行且laes系统处于充电工况、静置工况、放电工况或工况变更时，所述换热循环中的换热介质保持以所述天然气换热器冷端、所述蓄冷罐冷端、所述蓄冷罐热端、所述天然气换热器热端的流向循环，在所述蓄冷罐内与所述蓄冷罐内的蓄冷介质进行冷能交换。

4、在一些可选地实施例中，在所述laes系统处于充电工况时，所述laes系统充电工况下的主气从所述蓄冷罐热端进入并从所述蓄冷罐冷端流出，在所述蓄冷罐内与所述蓄冷罐内的蓄冷介质进行冷能交换。

5、在一些可选地实施例中，在所述laes系统处于放电工况时，所述laes系统放电工况下的液化主气从所述蓄冷罐冷端进入并从所述蓄冷罐热端流出，在所述蓄冷罐内与所述蓄冷罐内的蓄冷介质进行冷能交换。

6、在一些可选地实施例中，在lng-rg系统运行且laes系统停运或蓄冷过剩时，将lng-rg系统运行时所产生的冷能绕过laes系统通过气相通路输出给环境空气。

7、在一些可选地实施例中，所述蓄冷罐包括：浅冷罐和深冷罐；所述天然气换热器包括：在所述液化天然气再气化路径上沿液化天然气再气化方向依次布置的深冷天热气换热器和浅冷天然气换热器；所述换热介质包括：浅冷换热介质和深冷换热介质；所述浅冷罐和所述深冷罐在所述主气液化路径上沿空气液化方向依次布置，同时所述深冷罐和所述浅冷罐还在所述液化主气再气化路径上沿空气再气化方向依次布置；所述换热循环，包括：所述浅冷天然气换热器和所述浅冷罐之间以浅冷换热介质进行冷能交换的浅冷封闭回路；以及，所述深冷天然气换热器和所述深冷罐之间以深冷换热介质进行冷能交换的深冷封闭回路；其中，所述浅冷封闭回路中所述浅冷天然气换热器和所述浅冷罐之间，热端分别相连，冷端分别相连；所述深冷封闭回路中所述深冷天然气换热器和所述深冷罐之间，热端分别相连，冷端分别相连。

8、在一些可选地实施例中，所述浅冷罐包括：在所述主气液化路径上沿空气液化方向依次布置的第一浅冷罐和第二浅冷罐；所述深冷罐、所述第二浅冷罐和所述第一浅冷罐在所述液化主气再气化路径上沿空气再气化方向依次布置；所述浅冷天然气换热器、所述第一浅冷罐和所述第二浅冷罐之间构成以浅冷换冷介质进行冷能交换的所述浅冷封闭回路；其中，所述浅冷天然气换热器、所述第一浅冷罐和所述第二浅冷罐之间，热端分别相连，冷端分别相连。

9、在一些可选地实施例中，在所述lng-rg系统运行且所述laes系统处于充电工况、静置工况、放电工况或工况变更时，所述浅冷封闭回路支持：所述浅冷换热介质以所述浅冷天然气换热器冷端，所述第一浅冷罐冷端、所述第一浅冷罐热端、所述浅冷天然气换热器热端的流向循环；和/或，所述浅冷换热介质以所述浅冷天然气换热器冷端，所述第二浅冷罐冷端、所述第二浅冷罐热端、所述浅冷天然气换热器热端的流向循环。

10、在一些可选地实施例中，在所述laes系统处于充电工况时，所述laes系统充电工况下的主气依次通过所述第一浅冷罐、所述第二浅冷罐和所述深冷罐，并依次与其中的蓄冷介质进行冷能交换；在所述laes系统处于放电工况时，所述laes系统放电工况下的液化主气依次通过所述深冷罐、所述第二浅冷罐和所述第一浅冷罐，并依次与其中的蓄冷介质进行冷能交换。

11、在一些可选地实施例中，所述耦合系统，还包括：在所述主气液化路径上沿空气液化方向依次布置的压缩机、低温膨胀机、液气分离器和液态空气储罐；其中，所述第一浅冷罐设于所述压缩机的主气入口前，所述第二浅冷罐设于所述压缩机与所述低温膨胀机之间；所述深冷罐设于所述第二浅冷罐与所述低温膨胀机之间。

12、在一些可选地实施例中，所述蓄冷罐，还包括：在所述主气液化路径上设于所述深冷罐与所述低温膨胀机之间的超冷罐，所述液气分离器的气相出口依次穿过所述超冷罐、深冷罐与所述第一浅冷罐的主气出口和所述压缩机的主气入口连通，构成超冷能、深冷能、浅冷能梯级回收的回流主气路径。

13、在一些可选地实施例中，所述耦合系统，还包括：在所述液化主气再气化路径上沿空气再气化方向依次布置的液态空气储罐和膨胀机；所述深冷罐、所述第二浅冷罐和所述第一浅冷罐在所述液化主气再气化路径上沿空气再气化方向依次布置在所述液态空气储罐和所述膨胀机之间。

14、在一些可选地实施例中，所述膨胀机包括：第一膨胀机和第二膨胀机；所述深冷罐、所述第二浅冷罐、所述第一膨胀机、所述第一浅冷罐和所述第二膨胀机在所述液化主气再气化路径上沿空气再气化方向依次布置。

15、在一些可选地实施例中，所述蓄冷罐是固体填充床。

16、在一些可选地实施例中，所述蓄冷罐内的蓄冷介质具有各向异性热导率。

17、与现有技术相比，本技术具有如下优势：

18、本发明实施例中的耦合系统不仅可满足lng-rg系统运行工况与laes系统充电工况之间的耦合，还可分别满足lng-rg系统运行工况与laes系统静置工况、laes系统放电工况之间的耦合，无论是laes系统处于充电工况、静置工况、放电工况中的任何一种工况均可实现与lng-rg系统之间的冷能和热能的有效耦合利用，完善耦合系统，提升系统间的冷能和热能的有效耦合利用率。同时，保证lng-rg系统在与laes系统的多种工况耦合下的持续运行时，laes系统可根据自身实际所需切换工况，在多工况下实现对lng-rg系统和laes系统的产出要求。